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水下/水面信息物理系统感知-通信-控制理论及其应用专刊序言

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控制与决策 2025年第1期 1-6页

作者：闫敬关新平刘妹琴燕山大学电气工程学院上海交通大学电子信息与电气工程学院西安交通大学人机混合增强智能全国重点实验室

0引言水下/水面信息物理系统是集感知传输和控制于一体的智能系统,包括探测与采集、通信与组网、控制与融合等过程.近年来,水下/水面信息物理系统及其相关技术的快速发展,推动了自主水下机器人、水下搜救与目标抓取、海洋牧场、水下传...

0引言水下/水面信息物理系统是集感知传输和控制于一体的智能系统,包括探测与采集、通信与组网、控制与融合等过程.近年来,水下/水面信息物理系统及其相关技术的快速发展,推动了自主水下机器人、水下搜救与目标抓取、海洋牧场、水下传感器网络、水声通信、水面救援、水下预警与监控等领域关键技术的升级换代和跨越发展.目前,水下/水面信息物理系统理论已经有部分成果涌现,然而相关研究正面临诸多亟待解决的难题.与陆地信息物理系统相比,水下/水面信息物理系统具有弱感知、弱通信以及强干扰等特点.例如:电磁波在水下快速衰减,导致GPS、北斗定位系统、雷达探测系统不能应用于水下;水下节点间时钟难以精确同步,且多径通信、声线弯曲、高传输能耗、长通信时延等因素不容忽视;潮汐、洋流、海面波浪、海洋生物群体和交通航运等干扰严重.

关键词：

基于自适应视距制导的无人潜航器三维协同路径跟踪控制

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控制与决策 2025年第1期 242-251页

作者：王浩亮于德智卢丽宇张卫东彭周华大连海事大学轮机工程学院上海交通大学电子信息与电气工程学院大连市智能船艇集群控制与电气技术重点实验室水路交通控制全国重点实验室大连海事大学船舶电气工程学院海南大学信息与通信工程学院

针对跟踪路径复杂、立体空间运动、模型参数动态变化、风浪流扰动下的多无人潜航器(unmanned underwater vehicle, UUV)协同路径跟踪问题开展研究.首先,针对UUV跟踪复杂路径情形设计自适应前视距离策略,使得UUV可以更好地跟踪复杂水下路... 详细信息

针对跟踪路径复杂、立体空间运动、模型参数动态变化、风浪流扰动下的多无人潜航器(unmanned underwater vehicle, UUV)协同路径跟踪问题开展研究.首先,针对UUV跟踪复杂路径情形设计自适应前视距离策略,使得UUV可以更好地跟踪复杂水下路径;其次,针对立体空间运动的UUV集群,设计三维视距制导律和协同控制律引导UUV集群在三维空间中沿参数化路径运动;最后,针对模型参数动态变化、风浪流扰动影响下的UUV集群,设计自抗扰控制器实现对动态变化模型、总扰动信息和速度信息的统一估计,保证动力学控制的稳定性.仿真结果验证了所提出基于自适应视距制导的无人潜航器三维协同路径跟踪控制方法的有效性.

关键词：自适应前视距离三维视距制导协同路径跟踪自抗扰控制无人潜航器

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基于像素差异度注意力机制的轻量化YOLOv5行人检测算法

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计算机工程与应用 2025年第01期61卷 291-299页

作者：陈高宇王晓军李晓航上海工程技术大学电子电气工程学院

针对实时行人检测场景存在遮挡、形态姿势不同的行人目标，YOLOv5模型对于这些目标检测有明显的漏检问题，提出一种像素差异度注意力机制（pixel difference attention,PDA），不同于传统的通道注意力机制用全局均值池化（global averag... 详细信息

针对实时行人检测场景存在遮挡、形态姿势不同的行人目标，YOLOv5模型对于这些目标检测有明显的漏检问题，提出一种像素差异度注意力机制（pixel difference attention,PDA），不同于传统的通道注意力机制用全局均值池化（global average pooling,GAP）、全局最大值池化（global max pooling,GMP）来概括整张特征图的信息，全局池化将空间压缩成一个值来表征整个通道，造成了空间信息的流失，PDA将空间信息沿高和宽分别压缩，并将其分别与通道信息联系起来做注意力加权操作，同时提出一种新的通道描述指标表征通道信息，增强空间信息与通道信息的交互，使模型更容易关注到综合了空间和通道维度上的特征图的重要信息，在主干网络末端插入PDA后使模型平均精度（mean average precision,mAP）0.5提升了2.4个百分点，mAP0.5:0.95提升了4.4个百分点；针对实时检测场景的部署和检测速度要求模型拥有较少的参数量和计算量，因此提出了新的轻量化特征提取模块AC3代替原YOLOv5模型中的C3模块，该模块使插入PDA后的改进模型在精度仅仅损失0.2个百分点的情况下，参数量（parameters,Param.）减少了20%左右，浮点运算量（giga floating-point operations,GFLOPs）减少了30%左右。实验结果表明，最终的改进模型比YOLOv5s原模型在VOC行人数据集上mAP0.5提升了2.2个百分点，mAP0.5:0.95提升了3.1个百分点，且参数量减少了20%左右，浮点运算量减少了30%左右，在GTX1050上的检测速度（frames per second,FPS）提升了4。

关键词： YOLOv5 行人检测注意力机制轻量化模型通道描述指标

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基于单双目融合的AUV坐落式回收光视觉引导算法

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控制与决策 2025年第1期 28-37页

作者：祝志坤卢丙举李一辰王凯于文彬上海交通大学电子信息与电气工程学院河南省水下智能装备重点实验室

自主水下航行器(AUV)在任务进行过程中或完成后需通过自主回收实现能源补充与数据下载等操作,是否能进行高效、精准地回收引导决定了AUV的回收效率,成为其能否广泛应用的关键.针对AUV坐落式回收过程中的近距离光学引导定位问题,提出一... 详细信息

自主水下航行器(AUV)在任务进行过程中或完成后需通过自主回收实现能源补充与数据下载等操作,是否能进行高效、精准地回收引导决定了AUV的回收效率,成为其能否广泛应用的关键.针对AUV坐落式回收过程中的近距离光学引导定位问题,提出一种基于深度学习的单双目位姿测量算法.首先,面向恶劣的水下光学成像条件,结合暗通道先验去雾和YOLO v9目标检测网络,实现一种可适应不同水质、光照强度且鲁棒性强、可靠性高的引导光源提取算法.同时,针对回收过程中的特征匹配问题,设计一种不依赖于AUV速度的全向特征匹配算法,实现3D-2D特征匹配.此外,针对坐落式回收典型的多阶段引导特点,分别基于PnP原理和SVD分解设计面向不同阶段的单、双目引导定位算法.最后,基于多次仿真和实物实验,验证算法在精确位姿估计方面的可行性和有效性.

关键词：水下自主航行器坐落式回收深度学习特征点提取位姿估计目标检测

构建电类学科本科生学业辅导体系的探究与思考——以上海交通大学电子信息与电气工程学院为例

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中国科技经济新闻数据库教育 2023年第2期 147-150页

作者：权令伟郁琦琛李恬山于沁灵上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

文章归纳了高校学业辅导的现状,分析了当前电类学科本科阶段的学习特点,并基于此构建了适用于电类学科的高校本科生学业辅导体系,依托信息化手段搭建起在线工作平台以实现高效化,建立起闭环反馈机制以实现定点跟进,针对性解决学生学业... 详细信息

文章归纳了高校学业辅导的现状,分析了当前电类学科本科阶段的学习特点,并基于此构建了适用于电类学科的高校本科生学业辅导体系,依托信息化手段搭建起在线工作平台以实现高效化,建立起闭环反馈机制以实现定点跟进,针对性解决学生学业需求的同时也支撑高校辅导员开展日常谈话与学业追踪,一定程度上改善了学业预警情况。

关键词：电类学科学业辅导体系信息化手段闭环反馈机制

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方波电场下介质内部空间电荷的直接检测方法

高电压技术 2019年第6期45卷 1767-1774页

作者：陈亚丁吴建东戴畅王亚林尹毅上海交通大学电子信息与电气工程学院电气工程系

空间电荷是方波电场下绝缘介质老化的重要因素,然而方波电场极性反转时间为ns~μs级,这给直接检测方波电场下绝缘介质内部的空间电荷带来了困难。为实现方波电场下的直接检测,分析了电声脉冲法检测系统中核心设备性能参数对方波电场下... 详细信息

空间电荷是方波电场下绝缘介质老化的重要因素,然而方波电场极性反转时间为ns~μs级,这给直接检测方波电场下绝缘介质内部的空间电荷带来了困难。为实现方波电场下的直接检测,分析了电声脉冲法检测系统中核心设备性能参数对方波电场下空间电荷检测的影响,并采用自动均分移相原理实现了方波电场下空间电荷的直接动态检测,然后通过对10k V/mm方波电场下聚酰亚胺膜的空间电荷直接检测,初步探讨了方波电压上升沿时间对空间电荷的影响。结果表明:电声脉冲法检测系统中保护电阻R1和耦合电容C1、试样电容C2构成一个低通滤波回路,时间常数τ过大可能导致试样上承受方波电压波形的严重失真,可通过减小保护电阻R1和耦合电容C1的方法有效降低系统时间常数τ,从而实现对方波电场瞬时极性反转过程中试样内部的空间电荷检测;利用自动均分移相原理可实现10 kV/mm方波电场下聚酰亚胺膜中空间电荷的高分辨率直接检测,相位分辨率达1.79°;方波上升沿时间为100μs、500μs、1 000μs时,聚酰亚胺内部在无过冲10 kV/mm方波电场下的空间电荷主要来自于下电极铝板注入的同极性电荷,在电压极性反转的过程中可快速抽出,试样内部并没有形成明显的空间电荷积累现象。

关键词：方波电场空间电荷直接检测自动均分移相原理电声脉冲法

可见-近红外多光谱和多种算法模型融合的血迹年龄预测

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光谱学与光谱分析 2020年第1期40卷 168-173页

作者：戎念慈黄梅珍上海交通大学电子信息与电气工程学院仪器科学与工程系

精确的血迹的年龄估计在刑侦法医鉴定中有着重要的意义。构建了以8个LED为照明光源、以黑白CCD相机为成像单元的可见-近红外多光谱成像系统,利用以k最近邻算法、支持向量机算法和随机森林算法为基模型的融合模型分析预测血迹年龄,研究... 详细信息

精确的血迹的年龄估计在刑侦法医鉴定中有着重要的意义。构建了以8个LED为照明光源、以黑白CCD相机为成像单元的可见-近红外多光谱成像系统,利用以k最近邻算法、支持向量机算法和随机森林算法为基模型的融合模型分析预测血迹年龄,研究了利用可见-近红外反射多光谱精确估计人体血液年龄的可行性,并与前人利用高光谱进行血迹年龄预测的研究结果进行了对照,还检验了血液特异性对模型的影响。实验记录了11个人体血液样本在1~20 d的在400~940 nm之间的8个波长通道的图像,使用标准正态变换校正(SNV)对光谱进行预处理,以消除基线平移和散射作用带来的样本光谱差异。随机选择经过预处理后的7个样本用作训练集以建立模型,剩余的4个样本用作测试集以验证模型,建立了基于k最近邻算法、支持向量机算法和随机森林算法的融合模型,并与k最近邻算法模型,支持向量机算法模型,随机森林算法模型进行比较,结果显示融合模型的实验结果更好。基于该融合模型得到的实验结果为:0~2 d之间预测样本的正确分类率(CCR)为80%,平均误差为0.053 d, 2~20 d之间预测样本的CCR为69%,平均误差为0.442 d,与利用高光谱获得的结果相当甚至更好。为测试该方法的适用性,检验了血液特异性对本模型的影响,实验样本取自8个不同捐献者的20个血迹,将其中4个捐献者的10个样本加入原有模型,另外4个捐献者的10个样本作为测试集以检验血液特异性对模型影响。实验结果为:在0~2 d之间的CCR为75.6%,平均误差为0.063 d, 2~20 d之间预测样本的CCR为65.6%,平均误差为0.467 d。CCR无显著降低,表明该模型对不同来源的血迹样本,仍然有着较好的适应性。与采用高光谱的研究结果相比,多光谱结合模型融合算法同样可以获得较好的血迹年龄估计结果,并具有结构简单,成本低廉,稳定性好的优点,有望成为一种高精度的血迹年龄预测手段,在法医学领域中有重要应用前景。

关键词：多光谱血迹年龄估计模型融合

小波模糊神经网络在电力系统短期负荷预测中的应用

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中国电机工程学报 2004年第1期24卷 24-29页

作者：邰能灵侯志俭上海交通大学电子信息与电气工程学院电气工程系上海200030

该文研究了基于小波模糊神经网络的电力系统短期负荷预测新方法。根据小波变换自适应可调时频窗的特点,利用小波分析对负荷样本做序列分解,对高尺度负荷分量采用常规预测方法,其他负荷分量则采用模糊神经网络处理技术,最后通过序列重构... 详细信息

该文研究了基于小波模糊神经网络的电力系统短期负荷预测新方法。根据小波变换自适应可调时频窗的特点,利用小波分析对负荷样本做序列分解,对高尺度负荷分量采用常规预测方法,其他负荷分量则采用模糊神经网络处理技术,最后通过序列重构,得到完整的负荷预测结果。算例计算表明,新方法具有较高的预测精度和适应能力。

关键词：电力系统短期负荷预测小波模糊神经网络电网

模块化多端口无线电能DC-DC变换器建模及其多向功率流解耦控制策略

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电工技术学报 2022年第24期37卷 6262-6271页

作者：宋钊刘明上海交通大学电子信息与电气工程学院电气工程系上海200240

多端口无线电能DC-DC变换器(MWiDC)具备实现可灵活扩展的高效率多端口功率变换的潜力,但其系统建模与功率流控制缺乏一般性理论。为扩充相关理论,该文提出一种模块化MWiDC架构。首先,建立MWiDC的一般性数学模型。在此基础上,提出一种电... 详细信息

多端口无线电能DC-DC变换器(MWiDC)具备实现可灵活扩展的高效率多端口功率变换的潜力,但其系统建模与功率流控制缺乏一般性理论。为扩充相关理论,该文提出一种模块化MWiDC架构。首先,建立MWiDC的一般性数学模型。在此基础上,提出一种电压功率混合解耦控制策略,并给出该策略下闭环系统直流增益、高频特性和稳定性的数学证明。作为比较,该文对不解耦直接控制策略也进行理论分析,此时闭环系统过于复杂,其稳定性有待证明。最后,以一台三端口原型机为例进行硬件实验及仿真分析。实验结果表明,在不同输入/输出配置或线圈偏移工况下,原型机能实现零电压开关,系统效率可达91%。仿真结果表明,两种控制策略都能实现电压功率混合控制,但解耦控制策略具有更强的抗干扰性。

关键词：多端口DC-DC变换器无线电能传输解耦控制多向功率流